植物纤维化学课程是轻化工程专业制浆造纸方向的专业技术基础课,也是重要的必修课程之一。作为专业核心课程,它为后续制浆原理与工程、造纸原理与工程等核心课程奠定了重要的理论基础。
近年来,随着生物质能源和生物质材料研究的不断发展,植物纤维原料作为自然界中重要的可再生资源,其重要组成部分纤维素、半纤维素、木素受到越来越多的关注。国内外有关植物纤维化学的研究发展迅速,新成果不断涌现,极大地丰富了植物纤维化学理论,以及各组分综合利用的新理论、新方法、新工艺、新观点。
根据国家关于加强和改进新形势下教材建设的要求,为促进轻工教育改革发展、适应轻工业转型升级对人才培养的需要,也为适应我国轻工科学学科教育的趋势,编者对《植物纤维化学》教材的内容进行了重新调整。本书继续沿用各版《植物纤维化学》教材的知识结构,吸收近年来植物纤维化学研究的最新成果,从植物纤维原料的化学组成和生物结构,到三大主要化学组成的化学结构、聚集态结构、化学性质及利用,系统阐述了植物纤维化学的基本概念、基本理论。本书围绕制浆造纸过程所需的植物纤维原料,详细地介绍了植物纤维的化学组成、结构、性质及其应用。同时也涵盖了以植物纤维为原料制备新材料、新产品的理论与技术,能够反映本课程领域的最新进展和本学科及交叉学科的最新科研成果。同时本书结合将思政教育有机融入专业课程教学的精神,增加了课程思政的元素,使立德树人的教育理念根植于教材。
第一章 植物纤维原料的生物结构与化学组成
第一节 植物界的基本类群和分类
一、植物的分类及学名
二、造纸植物纤维原料的分类
第二节 植物纤维原料的化学组成
一、植物纤维原料的主要化学组成
二、植物纤维原料的少量组成
三、常用植物纤维原料的化学组成
第三节 木材纤维原料的生物结构及细胞形态
一、树木的宏观结构
二、植物纤维与细胞壁的构造
三、针叶材的生物结构、细胞类型、含量及形态
四、阔叶材的生物结构、细胞类型、含量及形态
五、针叶材与阔叶材生物结构的区别
第四节 非木材纤维原料的生物结构及细胞形态
一、禾本科植物茎秆的生物结构与细胞形态
二、其他非木材纤维原料的纤维形态
第五节 纤维形态参数与纸张(浆)性能的关系
一、纤维的长度和宽度
二、壁腔比
三、纤维的粗度
四、纤维的卷曲指数
五、纤维的扭结指数
六、细小纤维
第六节 植物细胞壁的微细结构
一、木材纤维细胞壁的微细结构
二、非木材纤维细胞壁的微细结构
三、其他细胞的微细结构
四、主要化学组成在细胞壁各层中分布
习题与思考题
主要参考文献
思政案例
第二章 木素
第一节 木素概述
一、木素的存在
二、木素的生物合成
第二节 木素的分离与精制
一、从植物原料中分离木素
二、从纸浆中分离木素
三、从制浆废液中分离木素
四、木素-碳水化合物复合体的分离
第三节 木素的定量方法
一、Klason木素和酸溶木素的测定
二、溶解木素的测定
三、基于氧化剂消耗量的木素定量方法
第四节 木素的化学结构及其研究方法
一、木素的结构单元
二、木素的官能团
三、木素结构单元间连接键类型
四、木素-碳水化合物复合体
五、木素结构模型图
第五节 木素的物理性质
一、一般物理性质
二、木素的相对分子质量及分子的聚集状态
第六节 木素的化学反应
一、木素结构单元的化学反应性能
二、木素的亲核反应
三、木素的亲电取代反应
四、木素的氧化反应
五、木素的还原反应
六、木素在低共熔溶剂中的反应
七、木素的颜色反应及其呈色机理
第七节 木素的生物降解反应
第八节 木素的改性及其利用
一、木素磺化改性
二、木素聚合改性
三、木素胺化改性
四、木素接枝改性
五、木素降解为小分子产物
习题与思考题
主要参考文献
思政案例
第三章 纤维素
第一节 概述
第二节 纤维素的结构
一、纤维素的分子结构一次结构
二、纤维素的聚集态结构二次结构
三、纤维素纤维的形态结构三次结构
四、散裂中子源与分子动力学模拟在解析纤维素结构及特性中的应用
第三节 纤维素的相对分子质量和聚合度
一、概述
二、常用的统计平均相对分子质量和平均聚合度
三、纤维素的相对分子质量和平均聚合度测定方法
四、纤维素的多分散性与相对分子质量分布及其测定
第四节 纤维素的自然与生物合成
一、纤维素的自然生物合成
二、细菌纤维素
第五节 纤维素的化学合成
一、纤维寡糖的合成
二、通过开环反应合成纤维素
第六节 纤维素的物理和物理化学性质
一、纤维素纤维的吸湿与解吸
二、纤维素纤维的润胀与溶解
三、纤维素纤维的表面电化学性质
四、纤维素纤维的光学性能
五、纤维素纤维的力学性能
六、纤维素纤维的热稳定性
七、纤维素纤维的介电性能
第七节 纤维素的可及度与反应性
一、纤维素的可及度与反应性的基本概念
二、纤维素的多相反应与均相反应
三、纤维素的预处理
第八节 纤维素的降解反应
一、纤维素的酸水解降解
二、纤维素的酶水解降解
三、纤维素的碱性降解
四、纤维素的热降解
五、纤维素的机械降解
六、纤维素的光化学降解
七、纤维素的离子辐射降解
第九节 纤维素纤维的化学反应与化学改性
一、纤维素的酯化反应
二、纤维素的醚化反应
三、纤维素的氧化
四、纤维素的脱氧-卤代
五、纤维素的接枝共聚与交联
第十节 纤维素溶剂
一、水体系的溶剂
二、非水体系的溶剂
三、离子液体
四、低共熔溶剂
第十一节 纤维素功能材料
一、微晶纤维素
二、纳米纤维素
三、液晶纤维素
四、医用纤维素
五、纤维素膜材料
六、吸附分离纤维素材料
七、高吸水性纤维素材料
八、纤维素光学材料
九、纤维素摩擦发电材料
十、纤维素离子导电材料
第十二节 木质纤维素原料制取燃料乙醇
一、木质纤维素原料的降解
二、生物发酵制备燃料乙醇
三、乙醇回收
习题与思考题
主要参考文献
思政案例
第四章 半纤维素
第一节 概述
第二节 半纤维素的分布
一、不同原料半纤维素的化学组成
二、半纤维素在细胞壁中的分布
三、半纤维素与细胞壁其他组分的连接
第三节 半纤维素的生物合成
第四节 半纤维素的分离与提取
一、研究用半纤维素的分离与提取
二、工业半纤维素(低聚糖、单糖)的提取
第五节 半纤维素的化学结构
一、针叶木半纤维素的类型及化学结构
二、阔叶木半纤维素的类型及化学结构
三、非木材植物半纤维素的类型及化学结构
第六节 半纤维素的聚集态结构和物理性质
一、分支度和聚集态结构
二、聚合度和溶解度
第七节 半纤维素的降解反应
一、半纤维素的酸水解降解
二、半纤维素的碱性降解
三、半纤维素的酶水解降解
四、半纤维素在化学制浆中的变化
第八节 半纤维素的化学改性及功能材料
一、半纤维素的化学改性
二、半纤维素基功能材料
第九节 半纤维素对纤维素相关产品的影响
一、作为原料组分对制浆和纸浆性能的影响
二、作为纸浆组分对造纸和纸张性能的影响
三、作为造纸助剂对造纸过程及纸张性能的影响
四、对溶解浆和纤维素衍生物性能的影响
五、对纺织用植物纤维的影响
第十节 半纤维素的转化及综合利用
一、半纤维素的催化转化
二、半纤维素的生物转化
三、用半纤维素降解产生的单糖生产化学品
四、制浆废液中半纤维素降解产物的利用
五、其他利用
习题与思考题
主要参考文献
思政案例